13 дек. 2017 г.

Термопара: как выбрать и не ошибиться

Термопара, или термоэлектрический преобразователь, - это датчик температуры в составе системы термометрии, который помогает собирать информацию о нагреве различных промышленных объектов и оборудования с необходимой частотой и тем самым участвует в управлении уровнем температуры. Термопара отражает действие законов физики, благодаря этому она проста с точки зрения конструкции, а значит, надежна.

Принцип работы термопар

Термопара состоит из двух металлических проводников, соединенных между собой. Один из них выступает в роли так называемого “холодного” конца, другой - в роли “горячего” (измерительного) конца. “Горячий” конец устройства помещают в среду, температуру которой нужно измерить. На стыке проводников возникает напряжение, выяснив которое с помощью электроизмерительного прибора, можно - с помощью специальных вычислений узнать искомую температуру.

Важная особенность термопары в том, что сигнал, поступающий с нее, необходимо обрабатывать. Кроме того, ради точности изменений и долгого срока эксплуатации само устройство придется тщательно подбирать и калибровать.

Преимущества термопары:

  • не требует внешнего источника питания;
  • имеет самый широкий температурный диапазон (-270…+3000 °С) и стабильную градуировку;
  • надежна за счет относительной простоты устройства;
  • имеет компактные размеры;
  • характеризуется малой инерционностью, то есть короткий срок отставания показания от времени изменений показателей (в данном случае - температуры);
  • выдает точные показания (при условии качественной калибровки и соответствия характеристик термопары условиям эксплуатации);
  • предоставляет возможность измерения локальной температуры;
  • может применяться в агрессивных средах;
  • является полностью взаимозаменяемой и оснащена стандартными разъемами;
  • стоит относительно дешево;
В целом, по сравнению с другими датчиками температуры термопары более линейны, а их нелинейность хорошо изучена, что обеспечивает точность и простоту эксплуатации.

Недостатки термопары

  • может выдавать существенную (до 1ºС) погрешность измерений, потому требует индивидуальной градуировки для высокой точности;
  • реагирует на электромагнитные поля, в связи с чем требуется обеспечение защиты от них при снятии сигнала;
  • подвержена коррозии и температурному износу, которые отрицательно сказываются на точности измерений;
  • нуждается в поправках по температуре свободного конца (в современных конструкциях измерителей эта задача решается автоматически).

Назначение термопар

В первую очередь термопары применяются для измерения высоких (до 3000°С) температур сред и объектов, в том числе в качестве в качестве датчика температуры в автоматизированных системах управления. Термопара способна иметь дело и со сверхнизкими (до -270°С) температурами. Она является частью многих систем контроля и управления, модулей ПЛК.

Эти устройства часто используют для контроля пламени, защиты от загазованности в газовых отопительных приборах, в том числе в газовых котлах, а также для диагностики двигателей внутреннего сгорания.

В отдельных случаях термопара выступает в качестве термогенератора для слаботочных приборов. Так, с помощью нее можно подзарядить аккумуляторную батарею или обеспечить минимальным питанием радиоприемник, телефон, видеокамеру. Впрочем, это не приоритетная сфера применения.

Области применения термопар

Термопары применяются в сферах, где речь идет об очень высоких температурах.
Очевидно, что среди них:
  • металлургия
Так, вольфрам-рениевая термопара является самым высокотемпературным контактным датчиком температуры, а потому в металлургии незаменима.

  • транспорт и спецтехника
При необходимости замеров температура выхлопных газов, горячих мест двигателей внутреннего сгорания).

  • энергетика
Речь в первую очередь об измерении температуры и контроле пламени в газовых котлах.

Кроме того, термопары - неотъемлемый компонент систем пожарной безопасности и производственных электронных термометров.

Модельный ряд термопар

Применение этих устройств обширно, а потому конструкция и назначение рождают большое разнообразие - термопары могут быть погружаемыми и поверхностными, с оболочкой различных видов и без нее, стационарные и переносные, ударопрочные и обыкновенные.

И все же основной параметр, определяющий различие термопар, - это температурный диапазон, в котором они могут применяться. Это диапазон обусловлен тем, из какого материала состоит прибор.

Международный стандарт обозначения термопар. Соответствие отечественному обозначению

Существует международный стандарт, которого придерживаются производители, - МЭК 60584 (п.2.2). Этот стандарт по большей части отражен в ГОСТ Р 8.585-2001 и представляет собой таблицы, в которых указаны номинальные статические характеристики (НСХ) и диапазоны измерений.

Так, в таблице ниже указаны типы устройства латинскими буквами согласно международному стандарту, российские обозначения (в скобках) согласно ГОСТу. Для справки приведены материалы электродов термопары.

Тип устройства
Буквенное обозначение НСХ
Диапазон измерения температуры
Материалы электродов
J, IC
ТЖК
-40…+750°С
железо-константановые (железо-медьникелевые)
L
ТХК
-200...+850°С
хромель-копелевые
K, CA
ТХА
-200...+1300°С
хромель-алюмелевые
S, R
ТПП
0...+1700°С
платинородий-платиновые
B
ТПР
+200...1800°С
платинородиевые
N
ТНН
-200...+1300°С
нихросил-нисиловые (никельхромникель-никелькремниевые)
T, CC
ТМК
-200...+400°С
медь-константановые (медь-медьникелевые)

Важно учитывать, что есть различия между ГОСТом и международным стандартом. Так, в международном стандарте отсутствуют термопары из неблагородных сплавов, но есть варианты из благородных металлов, которые пока не внесены в российский стандарт. Это приводит к тому, что технические характеристики импортных и условно аналогичных российских термопар - например, типа L и ТХК - отличаются, что делает эти приборы не взаимозаменяемыми.

Подобные нюансы необходимо знать, чтобы правильно подобрать термопару для оборудования. Остановимся подробнее на наиболее часто применяемых вариантах.

Термопара ТЖК

Эта железо-константановая термопара применяется на станках, в сушильных шкафах, хорошо себя зарекомендовала в разряженной атмосфере. Ее температурный диапазон - от -40°C до +750°C, но мы не рекомендуем использовать ее при отрицательных температурах, так как это приводит к появлению ржавчины и ухудшению точности показаний. Кроме того, оптимальная верхняя температура использования также отличается от максимальной и составляет +500°С. Термическое старение вызывает повышение показаний такой термопары.

Термопара ТХК

Эта хромель-копелевая пара обладает наибольшей чувствительностью. Она предназначена для проведения измерений в окислительных и инертных средах при температурах от -200°C до +850°C. Ее части применяют в замерах на брони доменных печей. Особенность термопары ТХК - высокая чувствительность к деформациям.

Термопара ТХА (k типа)

Эта хромель-алюмелевая термопары имеет широкий диапазон измеряемых температур от -200°С до +1300°С, потому она популярна в различных областях и относится к датчикам измерения общего назначения. Оптимально ее использовать в нейтральной атмосфере или в атмосфере с избытком кислорода, так как в разряженной атмосфере устройство показывает заниженную температуру. Показания также снижаются при термическом старении.

Термопара ТНН

Эта нихросил-нисиловая термопара отличается стойкостью к радиации и к окислению электродов. Она также применяется в обжиговых печах огнеупорного производства, в печах термообработки, в производстве нефтепродуктов, а также в химически неагрессивных газовых и жидких средах. Диапазон температур -200°С… +1300°С.

Термопары TW, TH, TS

Эти малоинерционные термопары и термометры сопротивления предназначены для станков, экструдеров, термопластавтоматов. Диапазон измеряемых температур довольно узок: -40…+600ºС. Отличаются высокой точностью благодаря высокой же линейности, кроме того зарекомендовали себя в экстремальных условиях (вибрация, сотрясение, давление).

Рекомендации по выбору термопар

От правильного выбора термопары зависит, насколько точные показания она будет давать и как долго прослужит. Предлагаем несколько советов.
  • Особое внимание уделите диапазону измеряемых температур конкретной термопары - он должен соответствовать техническим параметрам вашего промышленного процесса. В рамках этого диапазона выбирайте ту термопару, коэффициент линейности которой по сравнению с другими вариантам изменяется в меньшей степени.
  • Уточните стойкость выбранного варианта к коррозии, легко ли он загрязняется примесями при высоких температурах, в каких именно агрессивных средах (грязь, разреженная атмосфера, высокая влажность, вибрация, радиация и т.д.) его можно использовать.
  • Если достоверность измерений в вашей ситуации критична, то выберите термопары с высокой точностью замеров и малой инерционностью.
  • Учтите конструктивное исполнение прибора (с кабельным выводом, в клеммной головке) и его соответствие вашим запросам.
  • Выясните, насколько быстро интересующие вас варианты термопар подвергаются термическому старению, насколько сложно их калибровать и впоследствии проверять и обслуживать.

Модельный ряд термопар чрезвычайно разнообразен, при этом существует много нюансов выбор, обусловленных техническими характеристиками. Если сомневаетесь, то доверьте выбор профессионалам - обратитесь за консультацией. Этот шаг сэкономит вам время, нервы  и деньги.

Хотите купить термопару?

Если вас интересует конкретная термопара, купить ее вы можете на сайте ***, достаточно скачать прайс-листы и позвонить нашим специалистам (звонок по России бесплатный).
Если вы пока не определились с выбором и нуждаетесь в профессиональном совете, который поможет учесть ваши производственные особенности, - нажмите на кнопку “Заказать звонок” в верхней части страницы, и в течение ближайших суток мы свяжемся с вами, предложим несколько оптимизированных под вашу ситуацию решений от разных производителей.